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IL LEGAME METALLICO

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� Elevata conducibilità elettrica;

� Elevata conducibilità termica;

� Effetto fotoelettrico;

� Elevata duttilità e malleabilità;

�Lucentezza;

� Elettropositività;

� Strutture cristalline molto compatte (n.c. 8-12)

Proprietà dei metalli

MetalliMetalloidi

Non metalli

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Conducibilità elettrica: è dovuta alla presenza di e- liberi di muoversi sotto la

sollecitazione di un campo elettrico. All’aumentare di T, la conducibilità elettrica

diminuisce perché il moto degli e- viene ostacolato dal progressivo aumento di

oscillazioni degli atomi.

Effetto fotoelettrico: facilità di estrazione di e- per irraggiamento con luce

apropriata.

Effetto termoionico: facilità di estrazione di e- per riscaldamento.

Conducibilità termica: trasporto di energia termica dovuto alla mobilità degli e-.

Duttilità e malleabilità: i piani reticolari possono slittare con una certa facilità gli

uni sugli altri senza alterare le interazioni di legame.

Elettropositività: facilità di estrazione degli e-.

Non trasparenza e Lucentezza: i metalli assorbono tutte le radiazioni visibili

incidenti e le riemettono in tutte le direzioni. Gli e- possono essere eccitati a livelli

energetici superiori assorbendo quantità qualsiasi di energia, variabili praticamente

con continuità.

Proprietà dei metalli

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Modello semplificato di un reticolo metallico

“Mare” di elettroni di valenza,

molto mobili e delocalizzati

Cationi disposti secondo

un reticolo ordinato

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Legame metallico - La teoria delle bande

Costruzione di un reticolo metallico

Un cristallo metallico è caratterizzato da un’estesa sovrapposizione

degli orbitali di valenza dei singoli atomi in modo da formare orbitali

molecolari delocalizzati, estesi su tutto il reticolo cristallino (orbitali

di Bloch).

In un cristallo formato da

molti atomi, i livelli

energetici degli orbitali

molecolari sono talmente

ravvicinati da formare

una banda continua

TEORIA DELLE BANDE

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Cristallo metallico di Na Gli e- sono delocalizzati

sull’intero cristallo

La separazione fra le diverse bande è tanto minore quanto minore è la differenza di energia tra gli orbitali atomici dei singoli atomi e quanto

minore è la distanza fra atomi adiacenti nel cristallo

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Mobilità degli elettroni nei conduttori

E

(+) (-)e-

Conducibilità diminuisce

all’aumentare di T

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a) banda di valenza solo parzialmente riempita (Li)

b) banda di valenza satura ma sovrapposta con bande vuote (Be)

c) banda di valenza parzialmente riempita ma sovrapposta con bande vuote

a)

Bande

interne

sature

Banda di

valenza

non satura

Banda

vuotaE

Bande

interne

sature

Banda di

valenza

satura

Banda vuota

sovrapposta

a quella di

valenza

Bande

interne

sature

b) c)

Banda vuota

sovrapposta

a quella di

valenza

Banda di

valenza

non satura

CONDUTTORI

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Isolante: banda di valenza satura e separata dalla banda di conduzione

da un dislivello (GAP) energetico molto elevato.

C: 1s22s22p2 → 1s22(sp3)4E

1s2

N OM

2(sp3)4

4N OM∆E = 6 eV

La teoria delle bande si può applicare anche ai composti covalenti a struttura

infinita (es. diamante, silice) o ai composti ionici (es. AgBr).

DIAMANTE

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Semiconduttori: banda di valenza satura e separata dalla banda di

conduzione da un dislivello (GAP) energetico piccolo.

SILICIO

E

3(sp3)4

4N OM∆E = 1.1 eV

Si: [Ne]3s23p2 → [Ne]3(sp3)4

GERMANIO

Ge: [Ar]3d104s24p2 → [Ar]3d104(sp3)4

E

4(sp3)4

4N OM∆E = 0.7 eV

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Semiconduttori

Gap ∆∆∆∆E1.1 eV Si, 0.7 eV Ge

∆E

Irraggiamento (FOTOCONDUZIONE)

Eccitazione termica (TERMOCONDUZIONE)

Meccanismo di conduzione elettrica nei

semiconduttori puri (INTRINSECI)

+ + +

- - -

(+) (-)

Conduzione di

tipo n (elettroni)

Conduzione di

tipo p (lacune)

Conducibilità aumenta

all’aumentare di T

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Figura 5-30 apparecchiatura

(bilancia magnetica)

utilizzata per misurare il paramagnetismo

di una sostanza.

Le sostanze che contengono elettroni spaiati sono leggermente attratte da un

campo magnetico e per questo sono dette paramagnetiche.

Viceversa le sostanze con tutti gli elettroni accoppiati sono debolmente respinte

da un campo magnetico e chiamate quindi diamagnetiche.

Ferro, cobalto e nichel sono le uniche sostanze che presentano proprietà

ferromagnetiche. Questa forma di interazione magnetica è molto forte rispetto al

paramagnetismo; questo permette ad una sostanza di essere magnetizzata in

modo permanente, dopo essere stata immersa in un campo magnetico.

Proprietà magnetiche degli atomi

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ATOMI ISOLATI

Distribuzione statistica della carica elettronica

Legame covalente Legame ionico Legame metallico

La carica elettronica si

sposta verso la zona

intermedia tra i 2 nuclei;

alcuni elettroni risentono

dell’attrazione di

entrambi i nuclei.

Trasferimento di elettroni

da un atomo all’altro in

modo da formare uno ione

positivo ed uno ione

negativo, tra i quali nasce

un’attrazione elettrostatica.

Parte della carica

elettronica è distribuita

uniformemente in tutto lo

spazio attorno ai nuclei e

risente dell’attrazione di

molti di essi (nella figura ne

sono mostrati solo due).